CC BY
17
ОБЗОРЫ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ
Проф. В. Ф. Орешко, кандидат медицинских наук Ю. В. Новиков
Из Московского научно-исследовательского института санитарии и гигиены имени Ф. Ф. Эрисмана Министерства здравоохранения РСФСР
Испытания атомного и водородного оружия неизбежно приводят к загрязнению радиоактивными веществами атмосферного воздуха всего земного шара.
При воздушном взрыве номинальной атомной бомбы нуклиды достигают верхней границы тропосферы — тропопаузы. Так как все явления погоды, например ветер, шторм, образование облачности, дождь и др., происходят в тропосфере, то выпадение нуклидов из тропосферы в приземные слои атмосферы происходит значительно быстрее, чем в случае, когда они проникают в стратосферу, где этих явлений не наблюдается.
Под действием огромной силы взрыва термоядерной бомбы большой мощности и большого количества выделяющейся тепловой энергии значительная часть радиоактивного облака проходит через тропопаузу н поднимается в стратосферу на высоту 30 ООО м. Сравнительно большие частицы опять возвращаются в тропосферу, а частицы малых размеров до 1 (х и меньше остаются в стратосфере длительное время, в среднем около 10 лет. Поэтому часть продуктов деления, которая уходит в стратосферу, оседает на землю с очень малой скоростью. Так как процесс диффузии и перемешивания в этом случае происходит в течение длительного времени, то оседание радиоактивной пыли будет происходить равномерно и почти с одинаковой скоростью на всей поверхности земли. Эти осадки состоят, исключительно из долгоживущих продуктов деления и в этом отношении сильно отличаются от местных осадков, значительная часть которых является продуктами деления с малыми периодами полураспада.
Основная часть радиоактивной пыли выпадает с дождевой водой, причем в среднем половина мелкой пыли, образующейся при взрыве небольших бомб, осаждается дождями в течение 22 дней, при взрывах же бомб с эквивалентом в несколько миллионов тонн тринитротолуола, облако которых достигает высоты 30 ООО м, радиоактивная пыль удерживается в воздухе в течение нескольких лет, и в год оседает от 10 до 20% пыли, образовавшейся при взрыве термоядерной бомбы. Характер местного выпадения радиоактивной пыли зависит от ряда факторов, из которых существенными являются распределение частиц по размерам в облаке взрыва и метеорологические условия. Наиболее важными из метеорологических факторов, определяющих характер и размеры местного выпадения радиоактивной пыли, являются направление и сила господствующих ветров.
По японским данным, частицы пыли крупнее 0,1 мм, образовавшиеся при взрыве на Бикини 1 марта 1954 г., распространялись на 225 км по ветру и на 65 км против ветра. Более мелкая пыль с частицами размером 0,05 мм распространялась по ветру на расстояние до 1000 км.
Оседание пыли после взрывов термоядерных бомб может происходить и на более далеких расстояниях — свыше 9600 км (дальние осадки), и ее распределение по поверхности земли определяется средним суммарным ветром для слоя воздуха в пределах высот от 1000 до 30 000 м1
Кронкайт и др. описывают поражающее действие радиоактивной пыли, выпавшей после взрыва 1 марта 1954 г. в районе Маршалловых островов. Действию радиоактивной пыли подверглись 28 американских военнослужащих и 239 жителей этих островов. Полученные ими дозы облучения находятся в пределах от 15 до 175 г. В группе жителей Маршалловых островов насчитывается 64 человека, которые получили дозу излучения, равную 175 г; смертных случаев не наблюдалось, однако через 2 недели после облучения у ЭО^/о пострадавших отмечались поражения кожного покрова и выпадение волос.
Оседание радиоактивной пыли из атмосферы в результате естественных седиментационных процессов, а также дождей, снега и т. п. приводит к накоплению радиоактивных веществ -на поверхности земли. По интенсивности заражения почвы продуктами деления, особенно радиоактивными элементами, не представленными среди естественных радиоактивных элементов земной коры, например Бг90, можно судить о степени загрязненности атмосферы и об интенсивности оседания радиоактивных продуктов атомных взрывов.
Исследование накопления Бг90 на поверхности земли представляет тем больший интерес, что при большом периоде полураспада [29,3 + 1,6 года (М. П. Аникина и др.)] он аккумулируется в костных тканях и оказывает вредное действие на организм человека уже в сравнительно небольших концентрациях. Выход Бг90 при реакциях деления составляет, по данным К. К- Аглинцева и др., 5,8%, и его процентное содержание в продуктах деления вследствие большого периода полураспада быстро возрастает.
Эйзенбад и Халей приводят данные зараженности земной поверхности Бг90, дозы у-излучения от суммы продуктов деления к общему количеству этих продуктов, осевших на землю на 1 января 1956 г. в различных районах земного шара. Наиболее высокие цифры накопления суммы продуктов деления, зараженности земной поверхности Яг90 и дозы у-излучения от суммы продуктов деления отмечаются в районе испытательных полигонов в Неваде и Тихом океане. В Солт-Лейк-Сити (штат Юта, США) суммарное выпадение продуктов деления достигает 680 тС/ми2 *, Бг90 составляет 23 тС/ми2 и доза у-излучения от продуктов деления —160 трад. Высокие значения этих показателей (740 тС/ми2, 18 тС/ми2, 120 трад) замечены в г. Гранд-Джанкшен (штат Колорадо, США). Соответственно высокие цифры в 290 тС/ми2. 24 тС/ми2 и 15 т рад наблюдаются в западной части Тихого океана (Иво Джайма). Минимальное накопление продуктов деления, Бг90 и дозы у-излучения отмечается в г. Лагос (Нигерия)—соответственно 33 тС/ми2, 1,9 тС/ми2 и 4,6 т рад. В большинстве же районов земного шара выпадение общего количества продуктов деления характеризуется довольно высокой степенью зонального единообразия. Исключение составляют районы земного шара, где эти величины колеблются в пределах +50%.
При сравнении данных о накоплении осколков деления на 1 января 1956 г. с данными этих же авторов на 1 января 1955 г. по США можно отметить, что величина показателей увеличилась на 1 января 1956 г. в несколько раз. Если максимальное накопление продуктов деления на 1 января 1956 г. в отдельных районах равнялось 740 тС/ми2,
1 Направление ветров в стратосфере преимущественно на запад и на восток; в так называемых струйных течениях скорость ветра достигает 320 км/час.
* ми2 означает квадратную милю.
5 Гигиена и санитария, № 2
65
то на 1 января 1955 г. оно было равно 120 шС/мн2. Минимальные значения соответственно равнялись 47 и 33 mC/ми2, причем в большинстве случаев накопление осколков деления на 1 января 1956 г. выражается сотнями mC/ми2, а на 1 января 1955 г. — десятками шС/ми2.
Оседание Sr90 из атмосферы и его накопление на поверхности земли значительно колеблются под влиянием различных метеорологических факторов.
При средних значениях концентрации Sr90 от 2 до 5 шС/ми2 в различных районах земного шара интенсивность осаждения Sr,JU может изменяться в несколько раз.
По данным журнала «Science», динамика заражения Sr90 земной поверхности такова: в 1953—1954 гг.. зараженность Sr90 составляла 5 шС/ми2, в 1954—1955 гг.—9 mC/ми2, в 1955—1956 гг.—18 тС/ми2, а в 1956—1957 гг. — 28 тС/ми2.
Согласно сообщению Комиссии по атомной энергии США, только в течение 1957 г. количество осадков радиоактивного стронция увеличилось на 50%. В начале 1957 г. общий уровень зараженности Sr9l> составлял в районе Нью-Йорка 11,2 mC/км2. В декабре 1957 г. общее количество выпавшего Sr90 в этом районе составило 17 шС/км2.
Определение среднесуточной плотности выпадения радиоактивных осадков, проводившееся В. П. Шведовым с сотрудниками с 1954 г. по 1958 г., также подтверждает непрерывное увеличение активности. В 1954 г. среднесуточная активность выпавших осадков составляла 0,73 шС/км2, в 1955 г.—1,28 mC/км2, в 1956 г.—0,7 mC/км2 ив 1958 г. — 1,67 mC/км2. В отдельные дни максимальная активность за сутки достигала 12—93 mC/км2. Исследования, проводившиеся в Чилтоне и Милфорд Хейвене (Англия) с февраля 1951 г. по декабрь 1956 г.. показывают, что активность выпадающих осадков колеблется в больших пределах, однако очень высокие активности наблюдаются сравнительно редко (см." таблицу).
Наибольшая ежедневая активность, равная 190 С/ми2 в Чилтоне и 240 С/ми2 в Милфорд Хейвене, наблю далась во время сильного дождя спустя 5 дней после атомных испытаний в Неваде осенью 1951 г. Наибольшая активность осадков за день после взрыва термоядерной бомбы составляла в Чилтоне 25 шС/ми2 и 100 шС/ми2 в Мил форд Хейвене.
Интенсивность осаждения радиоактивной пыли в районе Ленинграда, по данным Н.М.Томсона, изучавшаяся в течение 7 месяцев, колебалась от 0,04 до 26,3 • Ю-9 С/м2 при средней ак тивности 1,9 • 10—9 С/м2. Максимальная активность наблюдалась в сентябре. Радиоактивность снежного покрова, характеризующаяся интенсивностью осаждения радиоактивной пыли, по данным В. 3. Яськовой, в Ленинграде за 3 месяца колебалась от 0,3 • 10"® до 10,2-10"9 С/м2.
В отдельных районах земли уревень радиоактивных загрязнений может достигать сравнительно небольших величин по сравнению с естественным уровнем радиоактивности атмосферного воздуха.
По данным японских авторов концентрация Sr90 в атмосферном воздухе было на уровне 0,29—1,06-10~17 С/л.
Содержание Sr90 в атмосфере на высоте около 7000 м в среднем составляло 1,8-10—17 С/л с колебаниями от 0,26 до 7,8-Ю-17 С/л. На высоте 5000 м средняя концентрация Sr90 была на уровне Ы0_17С/л*
Ежедневные осадки радиоактивных веществ, наблюдавшиеся в Чилтоне и Милфорд Хейвене между февралем 1951 г. и декабрем 1955 г.
Диапазон значений активности осадков (шС/ми2) Частота групп
Чилтон Милфорд Хейвен
5—25 83 76
26—50 9 5
51—100 3 1
101—150 3 " —
151—200 1 —
201 —250 — 1
т. е. меньше, чем на высоте 7000 м. Концентрация Бт90 в приземных слоях воздуха оказалась заметно ниже, чем на высоте — от 0,063-Ю-17 до Ы0~17 С/л. Среднегодовая скорость выпадения Б г90 в 1957 г. была на уровне 2,8 гпС/км2 год (Б. В. Курчатов и др.).
При исследованиях концентрации радиоактивной пыли в приземном слое воздуха, проводившихся в Харуэлле (Англия) с 1951 г. в течение 7 лет установлено, что средний уровень радиоактивности от ядерных взрывов в Англии составлял около 1°/<> уровня естественной радиоактивности.
Важной для гигиенистов является проблема местного загрязнения атмосферного воздуха.
Так, по данным зарубежной литературы, Брукхейвенский уран-графитовый реактор, где в качестве охладителя используется атмосферный воздух, при нормальной работе выбрасывает в атмосферу через трубу 7000 С Аг41 в день. В случае повреждения топливного элемента в выбрасываемом воздухе обнаруживаются ксенон и другие газообразные продукты деления (М. Фокс).
При различного рода повреждениях и авариях реакторов может иметь место массивный выброс радиоактивных веществ в атмосферный воздух. Так, при аварии реактора на плутониевом заводе в Уиндскейле 10 октября 1957 г. было выброшено в атмосферу 20 000 С Л131, 600 С Сэ137, 80 С Бг89 и 9 С Бг90. Как видно в выбросе преобладали Л'31 и Се137. Этот реактор охлаждался воздухом.
В качестве замедлителя использовался графит, а в качестве топлива — природный уран. Охлаждающий воздух прогонялся через реактор с помощью мощных газодувок и выбрасывался в атмосферу через вытяжную трубу высотой 122 м, снабженную в верхней части фильтром.
Повсюду после выброса было проведено тщательное исследование радиоактивности воздуха. Всего на участке взрыва было исследовано 12 000 проб и 1000 проб было отобрано в прилегающем районе. Пробы, отобранные на участке, показали значительные колебания в уровнях радиоактивности. В течение ночи 10 октября 1957 г. уровень р-актив-ности воздуха был порядка 2,3*10~и С/л с максимумом до 0,5-10~9С/л. Средний уровень загрязнения воздуха был 0,5-10~п С/л, что в два раза превышает предельно допустимый уровень загрязнения воздуха рабочих помещений согласно рекомендациям Международной комиссии по защите от радиоактивного излучения. Наибольшая величина, измеренная в окружающей местности, в течение ночи 10 октября была 2,7-Ю-11 С/л на расстоянии около 3,2 км от завода. Обычно уровни загрязнения были меньше. После 12 часов 11 октября уровни загрязнения как на участке, так и вне его быстро падали (Данстер, Хауеллс и Темплетон).
Загрязнение воздуха радиоактивным йодом не представляло непосредственной опасности для населения, однако радиоактивность молока скота, поедавшего траву, на которую осел радиоактивный йод, достигла опасных величин. В силу этого в течение некоторого времени молоко с ферм, расположенных вокруг Виндскейле на площади в 500 км2, пришлось сливать через канализацию в море.
На Хэнфордском заводе, где производят разделение и238 и Ри 239, в атмосферный воздух выбрасываются радиоактивные элементы: йод, стронций, иттрий, ниобий, рутений, цезий и церий. При неблагоприятных метеорологических условиях операции по растворению блоков временно прекращаются, так как осаждение избыточных количеств перечисленных выше элементов может угрожать здоровью населения. В результате измерений радиоактивности растений, произрастающих вблизи производственной площади, было признано необходимым установить в Хэнфорде специальное сооружение для очистки выбросов, чтобы по возможности извлечь радиоактивные материалы до разбав-
5*
67
ления их воздухом и последующего выброса через трубу в атмосферу.
Опасность заражения атмосферного воздуха и окружающей местности, особенно при авариях атомных предприятий, в настоящее время учитывается при планировании и размещении вновь строящихся атомных заводов и электростанций.
При проектировании. Дрезденской атомной электростанции на 180 000 квт отведен участок в 385 га в северной части штата Иллинойс (США). Площадка и охлаждающая вода отвечают требованиям для обычной электростанции мощностью более 1 млн. квт. Она расположена в сельскохозяйственном районе на расстоянии 22 км к юго-западу от Джолиета, ближайшего крупного пункта с населением 50 000 человек, и в 80 км юго-западнее Чикаго с населением 3,7 млн. человек.
Нью-Йоркская атомная электростанция мощностью в 140 000 квт будет занимать площадь приблизительно 140 га и находится на расстоянии 40 км севернее Нью-Йорка на восточном берегу реки Гудзон. Это место является малонаселенным по сравнению с высокой плотностью района Большого Нью-Йорка в целом. В радиусе 400 м or предполагаемой станции нет жилых домов и промышленных предприятий; в радиусе 800 м размещается только 16 одноквартирных домов, промышленных предприятий нет. В пределах 8 км проживает около 45 000 человек.
Атомная электростанция «Энрико Ферми» мощностью 156 000 квт будет построена на площади 370 га, приблизительно в 50 км к юго-западу от Детройта, в Лагуна Биг (штат Мичиган) на западном берегу озера Эри. В 12 км к северу от этой местности расположен город Монро с населением 20 000 человек, и в окружности радиусом 8 км имеется 4 дачных поселка с постоянным населением менее 2000 человек, которое приблизительно удваивается в летние дни отдыха. Население в окружающей местности рапределено следующим образом: в радиусе 1, 6, 8, 16, 32 км насчитывается соответственно 175, 1800, 31 300 и 187 000 жителей.
Для защиты населения от радиоактивных газов и аэрозолей обычно осуществляют их выброс через высокую трубу, чтобы снизить концентрацию радиоактивности за счет разбавления в воздухе.
Разбавление радиоактивных газов усиливают вдуванием посредством вентиляторов чистого воздуха в трубу, а также искусственным нагревом газов для уменьшения их плотности. Последнее как бы увеличивает высоту трубы. Однако при разбавлении радиоактивных веществ путем выпуска газов через трубу не устраняется возможноегь медленного накопления радиоактивности в окружающем районе, происходящего в результате осаждения частиц. Температурная инверсия, нисходящие потоки и некоторые направления ветра могут обусловить в отдельных случаях осаждение больших количеств частиц даже при искусственно разбавленной активности. Высокие трубы служат только для распыления радиоактивности, но не устраняют и не уменьшают ее.
Метод разбавления активности является наиболее эффективным для короткоживущих веществ. В этом случае вопрос заключается только в поддержании низкой концентрации до тех пор, пока не произойдет распад. Считается, что выброс радиоактивных газов через дымовую трубу значительно снижает концентрацию. Но в этом случае радиоактивность может быть сконцентрирована растительностью, которая хорошо поглощает радиоактивные вещества.
Высота выброса в зависимости от конкретного случая колеблется в пределах 30—150 м, а в английских атомных установках обычно достигает 100 м.
Паркер отмечает четыре фактора, влияющих на характер распределения радиоактивных веществ вокруг завода по переработке высокоактивных элементов: скорость удаления отходов, высота трубы, метео-
рологические условия и топография местности. Высота трубы имеет значение только в зоне, непосредственно прилегающей к заводу. В этой зоне величина максимальной концентрации загрязнений на поверхности земли приблизительно обратно пропорциональна корню квадратному из высоты трубы. Для обычных труб высотой от 60 до 100 м загрязнения на расстояниях, превышающих 5 км от основания трубы, будет очень мало. Метеорологические факторы автор приближенно делит на три группы в зависимости от градиента температуры, высоты и скорости движения воздуха.
Характер радиоактивного выброса определяет применение различных очистных сооружений. В США для улавливания радиоактивной пыли применяются жидкостные скрубберы трех типов [Брейлаз (A. S. Brelove)]. В скруббере Пиз-Антони используются водяные капли, захватывающие частицы твердой пыли. Скрубберы подобного типа непригодны для улавливания частиц пыли размером менее 1 и вследствие способности небольших частиц обтекать вместе с потоком воздуха водяные капли. Подобные скрубберы употребляются не самостоятельно, а только в качестве основной части сложной воздухоочистительной установки. В скруббере Вентури газ, проходя с большой скоростью через горловину, распыляет воду. В результате образующихся в горловине завихрений газ перемешивается с водяной пылью, что увеличивает число вероятных столкновений частиц пыли с капельками воды. Затем осаждается водяная пыль в циклоне. Эффективность данной установки может достигать 90—98°/о. В скруббере Пибоди с перфорированными тарелками и вмонтированными инжекторами пара эффективность составляет 99,99°/о. В качестве предварительных фильтров применяются циклоны (Брейлав).
Довольно широкое распространение в США получил высокоэффективный асбесто-целлюлозный фильтр. Из других фильтрующих средств можно указать фильтры из минералов: стеклянная вата с толщиной волокна 1,5 и 0,5 ц, и боливийский голубой асбест. К термостойким фильтрам относится фибра-флакс, состоящий из 50°/о АЬОз и 50°/о SiOa. Из этого материала был создан фильтр, способный выдерживать температуру 1000°.
Все эти очистные сооружения требуют дезактивации накопленных в них осадков, для чего предусматривается дистанционное удаление собранных активностей при соответствующей защите персонала.
Таким образом, проблема загрязнения атмосферного воздуха радиоактивными веществами в настоящее время приобретает все большее и большее значение. В связи с этим перед гигиенистами, физиками и радиохимиками стоят большие задачи по выявлению закономерностей распространения радиоактивных веществ в атмосфере, изучению степени вредности радиоактивных загрязнений для населения и разработке профилактических мероприятий по борьбе с этими загрязнениями.
ЛИТЕРАТУРА
Авария реактора на плутониевом заводе в Виндскейле. Атомн. техника за рубежом. 1958, № 1, стр. 71—Аглинцев К. К. и др. Атомн. энергия, 1958, т. 5, в. 5, стр. 566.— А н и к и н а М. П., И в а н о в Р. Н., К у к а в а д з е Г. М. и др. Там же, 1958, т. 4, в. 2, стр. 198.— Атомная электростанция с кипящим водяным реактором мощностью 180 мвт. Вопр. ядерн. энергетики, 1957, № 1, стр. 34,—Б а р а и о в В. И. Радиометрия. М., 1956.— Гедеонов Л. И. Атомн. энергия, 1957, т. 2, в. 3, стр. 260.— Гриффите П., Силл К., Уилхелмсен М. В кн.: Дозиметрия ионизирующих излучений. М., 1956, стр. 375.— Зыкова А. С., Счастный В. А., Ефремова Г. П Гиг. и сан., 1958, № Ю, стр. 62.— Курчатов Б. В., Ч у л к о в П. М., Борисова Н. И. и др. В кн.: Советские ученые об опасности испытаний ядерного оружия. М., 1959, стр. 66.— Лебединский А. В. Там же, стр. 6.— Лейпунский И. О. Атомн. энергия, 1957, т. 3, в. 12, стр. 530,—Он же. Там же, 1958, т. 4, в. 1, стр. 63.— Ми льне М у р. Вопр. ядерн. энергетики, 1957, № 2, стр. 45.— Мэррей Р. Л. Введение в ядерную технику. М., 1955.— Неизмеримая опасность (анализ последствий испытаний атомного
и термоядерного оружия). М., 1956.— Опасности ионизирующего излучения для человека. М., 1958.— Паркер. В кн.: Материалы Международной конференции по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся в Женеве 8—20 августа 1955 г. М., 1958, т. 13, стр. 369. — С и л ь в е р м э н Л. В кн.: Дозиметрия ионизирующих излучений. М„ 1956, стр. 435.—Томсон Н. М. Гиг. и сан., 1958, № 10, стр. 69.—Фокс М. В кн.: Экспериментальные реакторы и физика реакторов. М., 1956, стр. 80.— Химические процессы и оборудование. М., 1956.— Чем грозят испытания ядерного оружия. М., 1958.— Шведов В. П., Гедеонов Л. И. В кн.: Советские ученые об опасности испытаний ядерного оружия. М., 1959, стр. 45.— Шведов В. П., Блинов В. А., Гедеонов Л. И. Атомн. энергия, 1958, т. 5, стр. 577 — A b г i b a t М., Р о m г a d i е г J., V е-net А. М., Compt. rend. Acad, sc., 1955, v. 240, p. 2310,—В 1 i f f о г d J. H., Rosen-stock H. В., Science, 1956, v. 123, p. 619.—Bra love A. L., Nucleonics, 1951, v. 8, p. 60,—Busey H. M„ Ibid., 1954, v. 12, p. 9 —С h a 11 e r j e e S., Atomic Scientists J.. 1955, v. 4, p. 273,—Ch a 11 e г j e e S„ Patro A. P., Basu B. a. oth.. Science, a. Culture, 1954, p. 570,—С h a 11 e r j e e S., Patro A., Basu B. a. oth., Science, a. Culture, 1955, v. 20, p. 403 — С г о n k i t e E. P., Bond V. P., Conard R. A. a. oth., J.A.M.A., 1955, v. 159, p. 430,—D u n s t e r H. J., Ho-wells H., Templeton W. L., В кн.: Second Nations International Conference on the Peaceful U$es of Atomic Energy. A conf. 15, p. 316.—E с k e 1 m a n n W. R., Kulp J. L., Shulert A. R., Science, 1958, v. 127, p. 266. — E i s e n b u d M„ Harley J. H„ Science, 1953, v. 117, p. 141; 1955, v. 121, p. 677,—I d e m, Ibid., 1956, v. 124, p. 251, — The Enrico Fermi Power Reactor, Nuclear Engineering, 1957, v. 2, p. 112,— Garrique H„ Compt. rend., Acad. Sc., 1949, v. 228. p. 1583; 1955, v. 240, 178—H a-x e I O, Schumann G., Naturwissenschaften, 1953, Bd. 40, S. 458.— Nishiwa-ki Y., Atomic Scientists J., 1955, v. 4, p. 279; 1954, v. 4, p. 97. — В г a 1 о v e A. L ,
Nucleonics, 1951, v. 8, p. 37.
Поступила 1/XII 1958
•ft Ъ Ъ
|
